Правда ли что солнечные батареи быстро деградируют?

С позволения глубокоуважаемых ветеранов позволю себе высказать своё скромное мнение, основанное на изучении вопроса и практическом опыте...

Солнечные элементы бывают трёх основных типов:
- кристаллические (single-crystalline silicon);
- аморфные (poly-crystalline silicon);
- тонкоплёночные (thin-film).

Элементы из кристаллического кремния имеют КПД 9.. 14%, медленно, но выгорают (~5% за 10 лет), и ОЧЕНЬ хрупкие, что приводит нас к требованию их надёжной механической защиты. Для производства требуется очистка кремния до чистоты 99.9999%, что делает процесс относительно дорогим. Применяются в основном там, где требуется повышенная токоотдача. Следует иметь в виду, что бОльшая часть порезанных элементов, доступных частнику для самостоятельной сборки - отбракованы как "второй класс" и имеют КПД ближе к началу диапазона. "Первый класс" поставляется крупным заказчикам. Спектр ближе к красному.

Элементы из аморфного кремния имеют КПД 6.. 8% (может быть уже есть больше, но я не видел), выгорают на 5% за 4 года на солнце, но хорошо держат механические воздействия, что позволяет сэкономить вес на защите. Напряжение одного элемента примерно в 3 раза выше, чем у кристаллических, но в связи с более низким КПД требуется бОльшая площадь для получения той же энергии. Дороже в производстве, чем кристаллические. Спектр ближе к ультрафиолету.

И, наконец, мои любимые - тонкоплёночные! Не выгорают! Совсем! (За что и заслужили мою любовь!) Лёгкие! Выдерживают экстремальные нагрузки. Производятся двумя основными методами: вакуумное осаждение и "печать" специальными "чернилами". Совсем как в принтере! Состав - CIGS (CuInGaSe2, Copper Indium Gallium diSelenide). Добавка галлия расширяет рабочий спектр и эффективность. КПД - 19% (!!!) при использовании метода вакуумного осаждения. Да и сами элементы можно делать тоньше, так как 99% попадающего света поглощается уже первым микроном материала. Самая дешёвая на сегодня промышленная технология! По данным GSE стоимость амортизации оборудования в расчёте на объём производства - всего $0.0002/kwh!!! Но тонкоплёночные батареи пока что не получили такого распространения, как первые 2 типа.

Так что прямой ответ на поставленный вопрос - потеря характеристик солнечных батарей имеет место быть, но если Вы не маньяк-автономщик, то разницу не заметите. Маньяк же купит CIGS

P.S.: А вообще, это всё уже обсуждалось и не один раз. Я помню 6 таких тем Я даже делал мини-отчёт по своей тонкоплёночной батарее

P.P.S.: Кстати, мощность, реально снимаемая с батареи зависит не только от самой батареи, но и от того, как снимать Но это - тема для отдельного разговора

А где эти тонкостенные продаються?

Originally posted by fenicks:
А где эти тонкостенные продаються?

Ну, навскидку:
http://www.nationalsolarsupply.com
http://www.simpleray.com
http://store.sundancesolar.com
http://www.affordable-solar.com
http://www.21st-century-goods.com
http://www.spheralsolar.com
http://www.batterystuff.com
http://store.altenergystore.com
http://www.idtenergystore.com
http://www.absak.com
http://www.solarpowergetics.com
http://www.talcoelectronics.com
http://www.modernoutpost.com
http://www.21st-century-solar.com
http://www.ecovantageenergy.com
http://www.ppswest.com
http://www.cheaperthandirt.com
http://www.clockworkradio.com
http://www.solarenergyalliance.com
http://www.backup-power.ca

Плюс Google:
- CIGS
- SunlinQ
- PowerFilm
- Globalsolar
- GSE
- "foldable solar battery"

Добавлю от себя: SunlinQ это тот же Globalsolar, только в черном цвете, отсутствии NSN и некоторых минорных изменениях.
Являюсь обладателем гаджета P3-48 той же компании.
Все хорошо, за исключением того, что если бы девайс был бы не "свеженайденным" у самых мирных миротворцев менее мирным миротворцем, то цена в 850-900$ меня бы остановила бы от покупки оного гаджета.
Как вариант - можно купить Brunton Solaris на 26 ватт всего за 450$.
При этом, монокристаллическая панель на 200 ватт стоит порядка 600+-.

Во всей этой затее останавливает только одно, как применить ток вырабатываемый батареями? Ведь разным устройствам требуется разный ток и разные напряжения, как все это подгонять? Не подключать же напрямую, так или не будет работать или техника угробится.

Originally posted by Nomadic:
Добавлю от себя: SunlinQ это тот же Globalsolar

Абсолютно верно! Просто я дал исчерпывающий список запросов для поисковика: либо по Globalsolar, либо по SunlinQ, но искомое будет найдено

Originally posted by RECO:

Во всей этой затее останавливает только одно, как применить ток вырабатываемый батареями? Ведь разным устройствам требуется разный ток и разные напряжения, как все это подгонять? Не подключать же напрямую, так или не будет работать или техника угробится.

http://vampirchik-sun.nm.ru/
Одно из самых грамотных решений Ваших вопросов.
Не рекламы ради.

Originally posted by HorrOwl:
Элементы из кристаллического кремния имеют КПД 9.. 14%, медленно, но выгорают (~5% за 10 лет),

Выгорают - это как? Испаряются что ли? Или окисляются? Или трансмутируют как в ядерном реакторе?

Originally posted by YuriB:
Выгорают - это как? Испаряются что ли? Или окисляются? Или трансмутируют как в ядерном реакторе?

Ооочень смешно! Шутку оценил! И хотя я не физик, но физику процесса поясню (это вообще кому-нибудь нужно?)

Надеюсь, все знают (или догадываются), что солнечный элемент состоит из массива p-n переходов? Термин "выгорание" относится к эффекту снижения эффективности p-n перехода под воздействием света.

В лаборатории Ames, на базе Департамента Энергетики и исследовательского центра микроэлектроники университета Айовы, Rana Biswas, Bicai Pan и Yiying Ye определили, почему возникает эффект потери эффективности.

В кремнии, в котором отсутствует регулярность формации, некоторые связи между атомами вытянуты и слабы. В ранних работах команда показала, что фотонам требуется небольшая энергия для разрушения этих связей и запуска цепи событий, приводящих к потере эффективности. "Используя наши собственные модели атомных связей и молекулярной динамики мы показали, что слабые связи распадаются в атомы с ненасыщенными (свободными) связями с несвязанным электроном и плавающей связью - атом кремния оказывается связан с пятью вместо четырёх других атомов", пишет Biswas. Плавающая связь, особенно с электронной орбиталью, захватывающей несколько атомов, быстро перемещается в материале, пока не покинет ненасыщенную связь. Когда фотон создаёт пару электрон-дырка рядом с ненасыщенной связью, ненасыщенный атом захватывает электрон, и не даёт ему переместится к электроду, что и снижает эффективность.

В последние годы исследователи эмпирически установили, что кремний смешанного типа, с вкраплениями наночастиц, показывает меньшую потерю эффективности. Новая работа команды показывает почему это происходит. "В наших моделях мы обнаружили, что на границе между нанокристаллами и аморфной фазой находится большая концентрация очень слабых деформированных связей, с углами до 35., в сравнении с нормальными углами от 5. до 15.", пишет Biswas. Эти деформированные связи особенно легко разрушить, что приводит к возникновению плотных массивов плавающих и ненасыщенных связей, что ещё больше ухудшает эффективность.

Однако, с таким большим количеством разрушенных связей в компактной области движущиеся плавающие связи быстро сталкиваются с ненасыщенными связями, и устраняют дефект. Ненасыщенные связи рядом друг с другом в компактной области могут также рекомбинировать. Поскольку фотоны формируют ненасыщенные связи в основном в граничном слое, где они могут быть устранены, остаётся меньше ненасыщенных связей, способных захватить электрон.

"С этой моделью, мы можем изучать, как потеря эффективности изменяется, с изменением соотношения между нанокристаллами и аморфной фазой", пишет Biswas. Первоначальные модели предполагали, что нанокристаллы занимают только 10% объёма, но более поздние модели работают уже между двумя экстремумами. Команда надеется определить соотношение, приводящее к повышению эффективности.

For God's sake!, когда же наконец кнопка ПОИСК станет модной?!!

Originally posted by jeez:

http://vampirchik-sun.nm.ru/
Одно из самых грамотных решений Ваших вопросов.

Понижающий конвертер действительно даст на выходе нужное напряжение, вот только эффективность комплекса "солнечная батарея -=> step-down -=> потребитель" в этом случае довольно низка. Скажем, если нам надо зарядить PDA/смартфон/плеер со стандартным входом USB, эффективность съёма энергии с батареи не превысит 27.5% при 100%-м КПД самого преобразователя. Дело в том, что солнечный элемент - источник ТОКА, а не НАПРЯЖЕНИЯ, что означает, что в стационарных условиях ток остаётся постоянным, а напряжение изменяется в зависимости от нагрузки.

Если мы обратимся к вольт-амперной характеристике батареи (и проведём несложные вычисления), мы увидим, что точка максимальной мощности батареи - 20 вольт (для примера я взял свою батарею. Для других - расчёт аналогичный). При этом (смотрим график!) ток равен 2.75 ампера. Простой понижающий конвертер эту точку не отслеживает, а просто берёт то, что ему дают.. . Потребителю нужно 5.5 вольт (USB)? Вот и снимем 5.8 вольта (примем КПД конвертера за 95%)! Мощность = Ток * Напряжение = 2.75 * 5.8 = 15.95 ватта с батареи, номинальной мощностью 55 ватт.

Поскольку пост-БП у нас не будет времени ждать, пока неэффективная система зарядит аккумуляторы, нужно что-то придумать! Выход - контроллер максимальной мощности (MPPT, Maximum Power Point Tracker)! Девайс, который "пробегается" по рабочему напряжению батареи, определяет точку максимальной мощности в текущих условиях (она не постоянна, а меняется в зависимости от освещённости и температуры батареи) и в работает с батареей на этом напряжении. Далее напряжение понижается до требуемого, но уже с бОльшим током. Таким образом, общая эффективность связки повышается.

К сожалению, самый дешёвый MPPT-контроллер, который я видел (а я видел немало) стоит 87 EUR.

Если тратиться на него не хочется, можно сначала заряжать от батареи свинцовый аккумулятор. При напряжении 12 вольт теряется меньше, чем в рассмотренном выше случае. То есть сначала быстро заряжаем свинец, а потом от него (хоть ночью! ) заряжаем потребителя. КПД такой цепочки чуть выше.

P.S.: справедливости ради стоит сказать, что Сова (модератор раздела "Дупло" на Весло. ру) аргументированно указала на некоторые проблемы с Вампирчиком (хотя источник проблемы так и не был найден).

Процитирую по соответствующей статье:

Итак, "вампирчик" заряжает литиевый аккумулятор 1 час. Меня это насторожило, но меня убедили, что я дура, не понимающая своего счастья, или у меня аккумулятор кривой. Однако против фактов не попрёшь: больше 90% от свежайших батареек зарядить КПК мне не удалось ни разу. Мало того - тестовый видео ролик после зарядки "Вампирчиком" играет только 35 мин! Вместо положенных 80-и. Это означает, что реально "Вампирчик" за полный цикл заряжает Соню не более чем на 43%. Хотя вроде на вид всё в порядке: ток стабилизированный, под нагрузкой - 300 мА, напряжение 5 в, на КПК высвечиваются признаки зарядки.. . И после часа батарейки высасываются напрочь.

Напомню, что штатная зарядка от сети 3.5-4 часа, при этом КПК заряжается на 100%; аналогичная ситуация с устройством Дмитрия Старостина, у него всё "OK". Итак, вывод: "Вампирчик" в его нынешнм виде - интересное устройство, но для зарядки литиевых аккумуляторов я рекомендовать его не могу.

Я рассказала Николаю о проведённых тестах. Однако даже "недозарядка" не поколебала уверенности "В-С" в своей правоте. Загадочная фраза "... значит, дело в напряжении... " меня несколько озадачила. При чём здесь напряжение? Всё померяно. Сетевой зарядник подаёт на КПК 5.33 вольта, Старостин - 5, "Вампир" - 5. Изменения напряжения на последнем не меняет ситуации нисколько.

... Зато от двух "АА" честно заиграл мой древний магнитофон, который рассчитан на пять толстых батарей. Напряжение было выставлено 7.5 в...

Статья интересная, и я рекомендую её прочитать!

P.P.S.: если есть глюки/очепятки - поправлю утром! Сейчас у меня 5:23!

Статья интересная, и я рекомендую её прочитать!

Да, занятно. Вывод такой, простому выживальщику лучше не связываться с солнечной энергией, толку будет ноль

Originally posted by RECO:

простому выживальщику лучше не связываться с солнечной энергией

Ну почему сразу так? Просто как и в любой сфере нужно понимать ЧТО и КАК используешь Ничего там сложного нет!

Это как не брать патроны на охоту: от пустого ружья тоже толку - ноль!

Надеюсь, я Вас не напугал излишними подробностями, и солнечная батарея займёт достойное место в Вашем снаряжении В моём - заняла Я без батареи вообще никуда не езжу. Охрана в аэропортах иногда удивляется

Если есть вопросы - с удовольствием отвечу!

Доставшиеся мне батареи со слов производителя имеют ресурс 25лет. Потом КПД начинает падать, но не обвально Тема СБ стОящая для ищущих автономности, а не дешевизны.

ап

Вот за последний тип батарей, тонкопленочные которые, их изобретателю недавно дали премию в миллион долларов. С формулировкой "За спасение человечества".

Торгует ли кто в России CIGS батареями?

Коллеги, приветствую!
Поругайте, пожалуйста, чудо китайских умельцев dealextreme.com
Использование данного девайса подразумевается для подзарядки моб. телефона, рации, фонариков и всяхих GPS.Как оно? Стоит ли связываться?

Originally posted by sealson:
Торгует ли кто в России CIGS батареями?

Насколько я знаю - никто. Может быть кто-то частным порядком возит через границу. Проще всего заказывать напрямую у производителя.

Originally posted by A.shok:
Поругайте, пожалуйста, чудо китайских умельцев...

В соседней ветке я отвечал именно по этому устройству. Кстати, основное обсуждение солнечных батарей идёт там же - добро пожаловать!